KR20040002540A - Apparatus and method of detecting a mark position - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판상의 피검마크의 위치를 검출하는 마크위치 검출장치 및 마크위치 검출방법에 관한 것으로, 특히 반도체소자 등의 제조공정에서의 고정밀도의 위치검출에 적합한 마크위치 검출장치 및 마크위치 검출방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mark position detection device and a mark position detection method for detecting the position of a test mark on a substrate, and in particular, a mark position detection device and a mark position detection method suitable for high-precision position detection in a manufacturing process of a semiconductor device or the like. It is about.
주지된 바와 같이, 반도체소자나 액정표시소자의 제조공정에서는 마스크(레티클)에 형성된 회로패턴을 레지스트막에 전사하는 노광공정과, 레지스트막의 노광부분 또는 미노광부분을 용해하는 현상공정을 거쳐 레지스트막에 회로패턴(레지스트 패턴)이 전사된다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭이나 증착 등을 행함으로써(가공공정), 레지스트막의 바로 아래에 인접하고 있는 소정의 재료막에 회로패턴이 전사된다(패턴형성공정).As is well known, in the manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, a resist film is subjected to an exposure step of transferring a circuit pattern formed on a mask (reticle) to a resist film, and a developing step of dissolving an exposed portion or an unexposed portion of the resist film. The circuit pattern (resist pattern) is transferred. By performing etching, vapor deposition, or the like using the resist pattern as a mask (processing step), the circuit pattern is transferred to a predetermined material film immediately adjacent to the resist film (pattern forming step).
이어서, 상기 소정의 재료막에 형성된 회로패턴상에 다른 회로패턴을 형성하기 위해서는 동일한 패턴형성공정이 반복된다. 패턴형성공정을 여러번 반복 실행함으로써, 다양한 재료막의 회로패턴이 기판(반도체 웨이퍼나 액정기판)상에 적층되어 반도체소자나 액정표시소자의 회로가 형성된다.Subsequently, the same pattern forming process is repeated to form another circuit pattern on the circuit pattern formed on the predetermined material film. By repeating the pattern forming process several times, circuit patterns of various material films are stacked on a substrate (semiconductor wafer or liquid crystal substrate) to form a circuit of a semiconductor element or a liquid crystal display element.
그런데, 상기의 제조공정에서는 다양한 재료막의 회로패턴을 정밀도 좋게 중첩하기 위해, 각각의 패턴형성공정 중 노광공정전에 마스크와 기판의 얼라인먼트를행한다. 또한, 현상공정후 또한 가공공정전에 기판상의 레지스트 패턴의 중첩상태를 검사하여 제품의 수율향상을 도모하고 있다.By the way, in the said manufacturing process, in order to superimpose the circuit pattern of various material films with high precision, alignment of a mask and a board | substrate is performed before an exposure process among each pattern formation process. In addition, after the developing step and before the processing step, the overlapping state of the resist patterns on the substrate is examined to improve the yield of the product.
또한, 마스크와 기판의 얼라인먼트(노광공정전)는 마스크상의 회로패턴과, 하나 앞의 패턴형성공정에서 기판상에 형성된 회로패턴의 얼라인먼트이다. 이와 같은 얼라인먼트는 각각의 회로패턴의 기준위치를 나타내는 얼라인먼트 마크를 사용하여 행해진다.Incidentally, the alignment of the mask and the substrate (before the exposure step) is the alignment of the circuit pattern on the mask and the circuit pattern formed on the substrate in the previous pattern formation step. Such alignment is performed using an alignment mark indicating the reference position of each circuit pattern.
또, 기판상의 레지스트 패턴의 중첩상태의 검사(가공공정전)는 하나 앞의 패턴형성공정에서 형성된 회로패턴(이하, 「하지 패턴」이라고 함)에 대한 레지스트 패턴의 중첩검사이다. 이와 같은 중첩검사는 하지 패턴과 레지스트 패턴 각각의 기준위치를 나타내는 중첩 마크를 사용하여 행해진다.The inspection of the overlapping state of the resist pattern on the substrate (before the processing step) is the overlapping inspection of the resist pattern with respect to the circuit pattern (hereinafter referred to as the "lower pattern") formed in the previous pattern formation step. This superimposition inspection is carried out using superimposition marks indicating the reference positions of the base pattern and the resist pattern, respectively.
그리고, 이들 얼라인먼트 마크나 중첩 마크(모두 「피검마크」라고 함)의 위치검출은 이 피검마크를 장치의 시야영역내에 위치결정하고, CCD 카메라 등의 촬상소자를 사용하여 피검마크의 반사이미지를 촬상하고, 얻어진 화상신호의 휘도분포에 기초하여 행해진다. 화상신호의 휘도분포란, 촬상소자의 촬상면에 있어서의 각 화소마다의 휘도정보로 이루어진다.Then, the position detection of these alignment marks and superimposed marks (all referred to as "test marks") locates the test marks within the field of view of the apparatus, and captures the reflected image of the test marks using an imaging device such as a CCD camera. Then, based on the luminance distribution of the obtained image signal. The luminance distribution of the image signal is composed of luminance information for each pixel on the imaging surface of the imaging device.
상기한 종래기술에서는 촬상소자로부터 얻어지는 화상신호의 휘도분포에 기초하여 피검마크의 위치를 검출하고, 추가로 중첩측정값을 계측한다. 그러나, 상기한 종래기술에서는 장치의 시야영역내에서의 피검마크의 위치결정지점에 따라 위치검출결과 및 중첩측정값의 계측결과가 변동한다는 문제가 있었다. 이 때문에, 동일한 피검마크에 대해 위치검출, 중첩측정을 행해도, 그 시야영역내에서의 피검마크의 위치결정지점이 다르면, 동일한 결과가 되지 않는다는 저재현성의 문제가 발생한다.In the above prior art, the position of the test mark is detected based on the luminance distribution of the image signal obtained from the image pickup device, and the superimposed measurement value is further measured. However, in the above-described prior art, there has been a problem that the position detection result and the measurement result of the superimposed measurement value vary depending on the positioning point of the inspection mark in the field of view of the apparatus. For this reason, even if the position detection and the overlap measurement are performed on the same test mark, if the positioning points of the test mark in the field of view are different, a problem of low reproducibility occurs that the same result is not obtained.
이것은 화상신호에 광학계나 촬상소자의 고정패턴 노이즈가 잔존하고 있기 때문이라고 생각된다. 이 문제는 최근의 피검마크의 저단차화에 따라 현저해지고 있다. 피검마크가 저단차화되면, 화상신호의 휘도분포의 콘트라스트가 저하되어 고정패턴 노이즈의 영향을 받기가 쉽기 때문이다.This is considered to be because fixed pattern noise of an optical system or an imaging element remains in an image signal. This problem is remarkable due to the recent reduction of the inspection mark. This is because when the test mark is made low, the contrast of the luminance distribution of the image signal is lowered, and therefore it is easy to be affected by the fixed pattern noise.
본 발명의 목적은 장치의 시야영역내에서의 피검마크의 위치결정지점에 관계없이, 기판상의 원점에 대한 피검마크의 위치나 중첩측정값을 재현성 좋게 검출할 수 있는 마크위치 검출장치 및 마크위치 검출방법을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is a mark position detection device and a mark position detection capable of detecting reproducibly the position or superimposed measurement value of a test mark relative to an origin on a substrate, irrespective of the positioning point of the test mark in the field of view of the apparatus. To provide a method.
도 1은 중첩측정장치(10)의 전체구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the overall configuration of an overlapping measuring apparatus 10.
도 2는 제품 웨이퍼(11)에 형성된 중첩 마크(30)의 평면도(a) 및 단면도(b)이다.2 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of the overlap mark 30 formed on the product wafer 11.
도 3은 중첩측정장치(10)의 자동초점맞춤기구를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the automatic focusing mechanism of the overlap measuring apparatus 10.
도 4는 경면 웨이퍼를 사용하여 화상처리장치(25)에 취득된 화상신호의 휘도분포(즉 고정패턴 노이즈)를 설명하는 도면이다.FIG. 4 is a diagram for explaining the luminance distribution (that is, fixed pattern noise) of an image signal acquired by the image processing apparatus 25 using a mirror wafer.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 중첩측정장치11 : 제품 웨이퍼10: overlap measurement device 11: product wafer
12 : 검사 스테이지13 : 광원12: inspection stage 13: light source
14 : 조명 개구조리개15 : 콘덴서렌즈14 illumination opening aperture 15 condenser lens
16 : 시야조리개17 : 조명 릴레이렌즈16: aperture aperture 17: lighting relay lens
18 : 빔 스플리터19 : 제 1 대물렌즈18 beam splitter 19 first objective lens
20 : 제 2 대물렌즈21 : 제 1 릴레이렌즈20: second objective lens 21: the first relay lens
22 : 결상 개구조리개23 : 제 2 릴레이렌즈22: open image aperture 23: second relay lens
24 : CCD 촬상소자25 : 화상처리장치24 CCD image pickup device 25 image processing device
26 : 기억장치30 : 중첩 마크26: memory 30: overlap marks
49 : 스테이지 제어장치49: stage control device
과제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem
청구항 1에 기재된 마크위치 검출장치는 대상기판을 조명하는 조명수단과, 상기 대상기판으로부터의 반사광에 기초하는 이미지를 촬상하여 화상신호를 출력하는 촬상수단과, 상기 대상기판으로서 반사특성이 이미 알려진 기준기판을 사용했을 때, 상기 촬상수단으로부터 취득된 제 1 화상신호에 기초하여 당해 장치의 고정패턴 노이즈를 측정하는 측정수단과, 상기 고정패턴 노이즈를 기억하는 기억수단과, 상기 대상기판으로서 피검마크가 형성된 피검기판을 사용했을 때, 상기 촬상수단으로부터 취득된 제 2 화상신호와 상기 기억수단에 기억된 상기 고정패턴 노이즈에 기초하여 상기 피검마크의 위치를 산출하는 산출수단을 구비한 것이다.The mark position detection apparatus according to claim 1 includes illumination means for illuminating a target substrate, image pickup means for picking up an image based on reflected light from the target substrate, and outputting an image signal, and a reference for which reflection characteristics are already known as the target substrate. When a substrate is used, measurement means for measuring the fixed pattern noise of the apparatus based on the first image signal acquired from the imaging means, storage means for storing the fixed pattern noise, and a test mark as the target substrate When the formed test substrate is used, calculation means for calculating the position of the test mark is calculated based on the second image signal acquired from the imaging means and the fixed pattern noise stored in the storage means.
청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 마크위치 검출장치에 있어서, 상기 산출수단은 상기 촬상수단으로부터 취득된 상기 제 2 화상신호에 대해 상기 고정패턴 노이즈에 의한 보정을 행하고, 보정후의 화상신호에서의 휘도분포의 에지정보에 기초하여 상기 피검마크의 위치를 산출하는 것이다.In the invention according to claim 2, in the mark position detection device according to claim 1, the calculation means performs correction by the fixed pattern noise on the second image signal acquired from the imaging means, The position of the test mark is calculated based on the edge information of the luminance distribution.
청구항 3에 기재된 발명은 대상기판을 조명하는 조명수단과, 상기 대상기판으로부터의 반사광에 기초하는 이미지를 촬상하여 화상신호를 출력하는 촬상수단을 구비한 장치에 있어서의 마크위치 검출방법으로서, 상기 대상기판으로서 반사특성이 이미 알려진 기준기판을 사용했을 때, 상기 촬상수단으로부터 제 1 화상신호를 취득하고, 이 제 1 화상신호에 기초하여 상기 장치의 고정패턴 노이즈를 측정하는 측정공정과, 상기 고정패턴 노이즈를 기억하는 기억공정과, 상기 대상기판으로서 피검마크가 형성된 피검기판을 사용했을 때, 상기 촬상수단으로부터 제 2 화상신호를 취득하고, 이 제 2 화상신호와 기억된 상기 고정패턴 노이즈에 기초하여 상기 피검마크의 위치를 산출하는 산출공정을 구비한 것이다.The invention as set forth in claim 3 is a mark position detection method in an apparatus comprising an illuminating means for illuminating a target substrate and an image capturing means for imaging an image based on the reflected light from the target substrate and outputting an image signal. A measurement process of acquiring a first image signal from the image pickup means and measuring fixed pattern noise of the apparatus based on the first image signal when a reference substrate with known reflection characteristics is used as the substrate; and the fixed pattern When using a storage step for storing noise and a test substrate having a test mark formed thereon as the target substrate, a second image signal is acquired from the imaging means, and based on the second image signal and the fixed pattern noise stored therein. And a calculating step of calculating the position of the test mark.
청구항 4에 기재된 발명은 청구항 3에 기재된 마크위치 검출방법에 있어서, 상기 산출공정에서는 상기 촬상수단으로부터 취득된 상기 제 2 화상신호에 대해 상기 고정패턴 노이즈에 의한 보정을 행하고, 보정후의 화상신호에서의 휘도분포의 에지정보에 기초하여 상기 피검마크의 위치를 산출하는 것이다.In the invention according to claim 4, in the mark position detection method according to claim 3, in the calculating step, correction is performed by the fixed pattern noise on the second image signal acquired from the image pickup means, The position of the test mark is calculated based on the edge information of the luminance distribution.
발명의 실시형태Embodiment of the invention
이하, 도면을 사용하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail using drawing.
여기에서는, 본 실시형태의 마크위치 검출장치에 대하여 도 1에 나타내는 중첩측정장치(10)를 예로 설명한다.Here, the superposition measuring apparatus 10 shown in FIG. 1 is demonstrated as an example about the mark position detection apparatus of this embodiment.
중첩측정장치(10)는 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 제품 웨이퍼(11; 또는 도시를 생략한 경면 웨이퍼)를 지지하는 검사 스테이지(12)와, 검사 스테이지(12)상의 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)에 대한 조명광(L1)을 사출하는 조명광학계(13∼18)와, 조명광(L1)에 의해 조명된 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 이미지를 형성하는 결상광학계(19∼23)와, CCD 촬상소자(24)와, 화상처리장치(25)와, 기억장치(26)와, 초점검출장치(41∼48)와, 스테이지 제어장치(49)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1A, the overlap measuring apparatus 10 includes an inspection stage 12 for supporting a product wafer 11 (or a mirror surface wafer not shown), and a product wafer 11 on the inspection stage 12. Or an illumination optical system 13 to 18 which emits the illumination light L1 to the mirror surface wafer, and an imaging optical system 19 to which forms an image of the product wafer 11 (or mirror wafer) illuminated by the illumination light L1. 23, the CCD image pickup device 24, the image processing device 25, the storage device 26, the focus detection devices 41 to 48, and the stage control device 49.
이 중첩측정장치(10)에 대하여 구체적으로 설명하기 전에, 제품 웨이퍼(11) 및 경면 웨이퍼를 설명한다.Before describing this superimposition measuring apparatus 10 in detail, the product wafer 11 and the mirror surface wafer are demonstrated.
제품 웨이퍼(11)에는 복수의 회로패턴(모두 도시하지 않음)이 표면상에 적층되어 있다. 최상층의 회로패턴은 레지스트막에 전사된 레지스트 패턴이다. 즉, 제품 웨이퍼(11)는 하나 앞의 패턴형성공정에서 형성된 하지 패턴상에 다른 회로패턴을 형성하는 공정의 도중(레지스트막에 대한 노광ㆍ현상후 또한 재료막에 대한 에칭가공전) 상태에 있다.In the product wafer 11, a plurality of circuit patterns (all not shown) are stacked on the surface. The circuit pattern of the uppermost layer is a resist pattern transferred to a resist film. In other words, the product wafer 11 is in a state of forming another circuit pattern on the underlying pattern formed in the previous pattern forming step (after exposure and development of the resist film and before etching processing of the material film). .
그리고, 제품 웨이퍼(11)의 하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩상태가 중첩측정장치(10)에 의해 검사된다. 이 때문에, 제품 웨이퍼(11)의 표면에는 중첩상태의 검사에 사용되는 중첩 마크(30; 도 2)가 형성되어 있다. 도 2(a)는 중첩 마크(30)의 평면도, 도 2(b)는 단면도이다.Then, the overlapping state of the resist pattern with respect to the underlying pattern of the product wafer 11 is inspected by the overlap measuring apparatus 10. For this reason, the superimposition mark 30 (FIG. 2) used for the inspection of an overlapping state is formed in the surface of the product wafer 11. As shown in FIG. 2A is a plan view of the overlap mark 30, and FIG. 2B is a sectional view.
중첩 마크(30)는 도 2(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 크기가 다른 직사각형상의 하지 마크(31)와 레지스트 마크(32)로 이루어진다. 하지 마크(31)는 하지 패턴과 동시에 형성되며, 하지 패턴의 기준위치를 나타낸다. 레지스트 마크(32)는 레지스트 패턴과 동시에 형성되며, 레지스트 패턴의 기준위치를 나타낸다. 여기에서는, 하지 마크(31)가 외부마크, 레지스트 마크(32)가 내부마크인 예를 도시하였다.As shown in Figs. 2 (a) and 2 (b), the overlap mark 30 is composed of rectangular base marks 31 and resist marks 32 having different sizes. The lower mark 31 is formed at the same time as the lower pattern, and indicates a reference position of the lower pattern. The resist mark 32 is formed at the same time as the resist pattern, and indicates a reference position of the resist pattern. Here, an example is shown in which the lower mark 31 is an outer mark and the resist mark 32 is an inner mark.
또, 도시를 생략했지만, 레지스트 마크(32) 및 레지스트 패턴과, 하지 마크(31) 및 하지 패턴 사이에는 가공대상이 되는 재료막이 형성되어 있다. 이 재료막은 중첩측정장치(10)에 의한 중첩상태의 검사후, 레지스트 마크(32)가 하지 마크(31)에 대해 정확하게 중첩되고, 레지스트 패턴이 하지 패턴에 대해 정확하게 중첩되어 있는 경우, 레지스트 패턴을 통해 실제로 가공된다.Although not shown, a material film to be processed is formed between the resist mark 32 and the resist pattern and the under mark 31 and the under pattern. After the inspection of the overlapping state by the superimposition measuring device 10, the material film accurately overlaps the resist mark 32 with respect to the underlying mark 31, and the resist pattern is accurately superimposed with respect to the underlying pattern. Is actually processed.
한편, 경면 웨이퍼는 표면의 반사특성이 이미 알려진 웨이퍼로, 상기한 제품 웨이퍼(11)와 같은 회로패턴이나 중첩 마크(30; 도 2) 등의 요철구조가 표면에 형성되어 있지 않다. 본 실시 형태에서는 경면 웨이퍼로서 표면의 반사율 분포가 균일하고, 먼지나 오염의 부착이 없는 것을 사용한다. 이 경면 웨이퍼는 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈(상세한 설명은 후술)를 측정할 때 사용된다.On the other hand, the mirror wafer is a wafer whose surface reflection characteristics are already known, and the circuit pattern and the uneven structure such as the overlap mark 30 (FIG. 2), such as the product wafer 11, are not formed on the surface. In this embodiment, as a mirror surface wafer, the surface reflectance distribution is uniform and there is no adhesion of dust and dirt. This mirror surface wafer is used when measuring the fixed pattern noise (detailed description is mentioned later) of the superposition measuring apparatus 10. FIG.
다음으로, 중첩측정장치(10; 도 1)의 구체적인 구성을 설명한다.Next, the specific structure of the superposition measuring apparatus 10 (FIG. 1) is demonstrated.
검사 스테이지(12)는 도시를 생략했지만, 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)를 수평상태로 유지하여 지지하는 홀더와, 이 홀더를 수평방향(XY 방향)으로 구동하는 XY 구동부와, 홀더를 연직방향(Z 방향)으로 구동하는 Z 구동부로 구성되어 있다. 그리고, XY 구동부와 Z 구동부는 후술하는 스테이지 제어장치(49)에 접속되어 있다.Although not illustrated, the inspection stage 12 holds a holder for holding and supporting the product wafer 11 (or mirror wafer) in a horizontal state, an XY drive unit for driving the holder in the horizontal direction (XY direction), and a vertical holder. It consists of a Z drive part which drives to a direction (Z direction). The XY driver and the Z driver are connected to a stage control device 49 described later.
또, 이 검사 스테이지(12)의 홀더에는 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사(하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩상태의 검사)시, 제품 웨이퍼(11)가 탑재된다. 또한, 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈(상세한 설명은 후술)의 측정시, 제품 웨이퍼(11) 대신에 경면 웨이퍼가 탑재된다.In addition, the product wafer 11 is mounted in the holder of the inspection stage 12 during the superposition inspection of the product wafer 11 (the inspection of the overlapping state of the resist pattern with respect to the underlying pattern). In addition, at the time of measuring the fixed pattern noise of the superimposition measuring apparatus 10 (detailed description will be mentioned later), the mirror surface wafer is mounted instead of the product wafer 11.
조명광학계(13∼18)는 광축(O1)을 따라 순서대로 배치된 광원(13)과 조명 개구조리개(14)와 콘덴서렌즈(15)와 시야조리개(16)와 조명 릴레이렌즈(17)와 빔 스플리터(18)로 구성되어 있다. 빔 스플리터(18)는 반사투과면(18a)이 광축(O1)에 대해 약 45°기울어져 결상광학계(19∼23)의 광축(O2)상에도 배치되어 있다. 조명광학계(13∼18)의 광축(O1)은 결상광학계(19∼23)의 광축(O2)에 수직이다.The illumination optical system 13 to 18 includes a light source 13, an illumination aperture 14, a condenser lens 15, a field aperture 16, an illumination relay lens 17, and a beam arranged in order along the optical axis O1. The splitter 18 is comprised. The beam splitter 18 is disposed on the optical axis O2 of the imaging optical systems 19 to 23 with the reflection transmission surface 18a tilted at about 45 degrees with respect to the optical axis O1. The optical axis O1 of the illumination optical system 13-18 is perpendicular to the optical axis O2 of the imaging optical system 19-23.
또, 광원(13)은 파장대역이 넓은 광(예컨대 백색광)을 사출한다. 조명 개구조리개(14)는 광원(13)으로부터 사출된 광의 직경을 특정한 직경으로 제한한다. 콘덴서렌즈(15)는 조명 개구조리개(14)로부터의 광을 집광한다. 시야조리개(16)는 중첩측정장치(10)의 시야영역을 제한하는 광학소자이며, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 직사각형상의 개구인 하나의 슬릿(16a)을 갖는다. 조명 릴레이렌즈(17)는 시야조리개(16)의 슬릿(16a)으로부터의 광을 콜리메이트한다.The light source 13 emits light having a wide wavelength band (for example, white light). The illumination aperture 14 limits the diameter of the light emitted from the light source 13 to a particular diameter. The condenser lens 15 condenses the light from the illumination aperture 14. The field stop 16 is an optical element that limits the field of view of the overlapping measuring device 10, and has one slit 16a, which is a rectangular opening, as shown in FIG. The illumination relay lens 17 collimates the light from the slit 16a of the field stop 16.
상기 조명광학계(13∼18)에 있어서, 광원(13)으로부터 사출된 광은 조명 개구조리개(14)와 콘덴서렌즈(15)를 통해 시야조리개(16)를 균일하게 조명한다. 그리고, 시야조리개(16)의 슬릿(16a)을 통과한 광은 조명 릴레이렌즈(17)를 통해 빔 스플리터(18)에 안내되며, 그 반사투과면(18a)에서 반사된 후(조명광L1), 결상광학계(19∼23)의 광축(O2)상에 안내된다.In the illumination optical systems 13 to 18, the light emitted from the light source 13 uniformly illuminates the field stop 16 through the illumination aperture 14 and the condenser lens 15. Then, the light passing through the slit 16a of the field stop 16 is guided to the beam splitter 18 through the illumination relay lens 17, and after being reflected at the reflection transmission surface 18a (illumination light L1), It is guided on the optical axis O2 of the imaging optical system 19-23.
결상광학계(19∼23)는 광축(O2)을 따라 순서대로 배치된 제 1 대물렌즈(19)와 제 2 대물렌즈(20)와 제 1 릴레이렌즈(21)와 결상 개구조리개(22)와 제 2 릴레이렌즈(23)로 구성되어 있다. 결상광학계(19∼23)의 광축(O2)은 Z 방향에 평행하다.The imaging optical systems 19 to 23 are formed of the first objective lens 19, the second objective lens 20, the first relay lens 21, the imaging aperture 22, and the first lens 19 arranged in order along the optical axis O2. It consists of two relay lenses 23. The optical axes O2 of the imaging optical systems 19 to 23 are parallel to the Z direction.
또, 제 1 대물렌즈(19)와 제 2 대물렌즈(20)의 사이에는 조명광학계(13∼18)의 빔 스플리터(18)가 배치되고, 제 2 대물렌즈(20)와 제 1 릴레이렌즈(21) 사이에는 후술하는 초점검출장치(41∼48)의 빔 스플리터(41)가 배치되어 있다.Further, a beam splitter 18 of the illumination optical system 13 to 18 is disposed between the first objective lens 19 and the second objective lens 20, and the second objective lens 20 and the first relay lens ( Between 21), the beam splitter 41 of the focus detection apparatus 41-48 mentioned later is arrange | positioned.
결상광학계(19∼23)의 제 1 대물렌즈(19)는 조명광학계(13∼18)의 빔 스플리터(18)로부터의 조명광(L1)을 입사하여 집광한다. 이에 의해, 검사 스테이지(12)상의 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)는 제 1 대물렌즈(19)를 투과한 조명광(L1)에 의해 수직으로 조명된다.The first objective lens 19 of the imaging optical systems 19 to 23 enters and collects the illumination light L1 from the beam splitter 18 of the illumination optical systems 13 to 18. Thereby, the product wafer 11 (or mirror surface wafer) on the inspection stage 12 is vertically illuminated by the illumination light L1 transmitted through the first objective lens 19.
또, 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)에 입사할 때의 조명광(L1)의 입사각도범위는 조명광학계(13∼18)의 조명 개구조리개(14)의 조리개직경에 따라 결정된다. 조명 개구조리개(14)는 제 1 대물렌즈(19)의 동공에 공액인 면에 배치되어 있기 때문이다.Incidentally, the incident angle range of the illumination light L1 when incident on the product wafer 11 (or mirror wafer) is determined in accordance with the aperture diameter of the illumination aperture 14 of the illumination optical system 13-18. This is because the illumination aperture stop 14 is arranged on the surface conjugated to the pupil of the first objective lens 19.
또한, 시야조리개(16)와 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)는 공액인 위치관계에 있기 때문에, 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 표면 중 시야조리개(16)의 슬릿(16a)에 대응하는 영역이 조명광(L1)에 의해 조명된다. 즉, 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 표면에는 조명 릴레이렌즈(17)와 제 1대물렌즈(19)의 작용에 의해 슬릿(16a)의 이미지가 투영된다.In addition, since the field stop 16 and the product wafer 11 (or mirror surface wafer) are in a conjugated positional relationship, they correspond to the slit 16a of the field stop 16 on the surface of the product wafer 11 (or mirror surface wafer). The area | region to do is illuminated by illumination light L1. That is, the image of the slit 16a is projected on the surface of the product wafer 11 (or mirror surface wafer) by the action of the illumination relay lens 17 and the first objective lens 19.
그리고, 상기 조명광(L1)이 조사된 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 영역으로부터는 반사광(L2)이 발생한다. 이 반사광(L2)은 제 1 대물렌즈(19)에 안내된다.Then, the reflected light L2 is generated from the region of the product wafer 11 (or mirror wafer) to which the illumination light L1 is irradiated. This reflected light L2 is guided to the first objective lens 19.
제 1 대물렌즈(19)는 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)로부터의 반사광(L2)을 콜리메이트한다. 제 1 대물렌즈(19)로 콜리메이트된 반사광(L2)은 상기 빔 스플리터(18)를 투과하여 제 2 대물렌즈(20)에 입사한다. 제 2 대물렌즈(20)는 빔 스플리터(18)로부터의 반사광(L2)을 1차 결상면(10a)상에 집광한다.The first objective lens 19 collimates the reflected light L2 from the product wafer 11 (or mirror wafer). The reflected light L2 collimated with the first objective lens 19 passes through the beam splitter 18 and enters the second objective lens 20. The second objective lens 20 focuses the reflected light L2 from the beam splitter 18 on the primary imaging surface 10a.
1차 결상면(10a)의 후단에 배치된 초점검출장치(41∼48)의 빔 스플리터(41)는 제 2 대물렌즈(20)로부터의 반사광(L2)의 일부(L3)를 투과함과 동시에, 나머지의 일부(L4)를 반사한다. 빔 스플리터(41)를 투과한 광(L3)은 결상광학계 (19∼23)의 제 1 릴레이렌즈(21)에 안내된다.The beam splitter 41 of the focus detection devices 41 to 48 disposed at the rear end of the primary imaging surface 10a transmits a part L3 of the reflected light L2 from the second objective lens 20 and simultaneously. And a part L4 of the rest. The light L3 transmitted through the beam splitter 41 is guided to the first relay lens 21 of the imaging optical system 19 to 23.
제 1 릴레이렌즈(21)는 빔 스플리터(41)로부터의 광(L3)을 콜리메이트한다. 결상 개구조리개(22)는 제 1 릴레이렌즈(21)로부터의 광의 직경을 특정한 직경으로 제한한다. 제 2 릴레이렌즈(23)는 결상 개구조리개(22)로부터의 광을 CCD 촬상소자(24)의 촬상면(2차 결상면)상에 재결상한다.The first relay lens 21 collimates the light L3 from the beam splitter 41. The imaging aperture 22 limits the diameter of the light from the first relay lens 21 to a specific diameter. The second relay lens 23 reimages the light from the imaging aperture 22 on the imaging surface (secondary imaging surface) of the CCD imaging element 24.
즉, 조명광(L1)이 조사된 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)로부터의 반사광(L2)은 제 1 대물렌즈(19)와 빔 스플리터(18)를 통해 제 2 대물렌즈(20)에 안내되고, 제 1 대물렌즈(19)와 제 2 대물렌즈(20)의 작용에 의해 1차 결상면(10a)에결상된다.That is, the reflected light L2 from the product wafer 11 (or mirrored wafer) irradiated with the illumination light L1 is guided to the second objective lens 20 through the first objective lens 19 and the beam splitter 18. By the action of the first objective lens 19 and the second objective lens 20, the first imaging lens 10a is imaged.
또, 제 2 대물렌즈(20)로부터의 광은 빔 스플리터(41)와 제 1 릴레이렌즈(21)와 결상 개구조리개(22)를 통해 제 2 릴레이렌즈(23)에 안내되며, 제 1 릴레이렌즈(21)와 제 2 릴레이렌즈(23)의 작용에 의해 CCD 촬상소자(24)의 촬상면상에 재결상된다.The light from the second objective lens 20 is guided to the second relay lens 23 through the beam splitter 41, the first relay lens 21, and the imaging aperture 22. The image is reimaged on the imaging surface of the CCD image pickup device 24 by the action of 21 and the second relay lens 23.
CCD 촬상소자(24)는 복수의 화소가 2차원으로 배열된 에어리어 센서이고, 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)로부터의 반사광(L2)에 기초하는 이미지(반사이미지)를 촬상하여 화상신호를 화상처리장치(25)에 출력한다. 화상신호는 CCD 촬상소자(24) 촬상면에서의 각 화소마다의 휘도값에 관한 분포(휘도분포)를 나타내고 있다.The CCD image pickup device 24 is an area sensor in which a plurality of pixels are arranged in two dimensions, and picks up an image signal (reflected image) based on the reflected light L2 from the product wafer 11 (or mirror wafer) to display an image signal. Output to the processing apparatus 25. The image signal represents a distribution (luminance distribution) relating to the luminance value for each pixel on the imaging surface of the CCD image pickup device 24.
여기에서, CCD 촬상소자(24)로부터 화상처리장치(25)에 출력되는 화상신호의 휘도분포에 대하여 설명한다. 이상적으로는 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 전체 영역 중 중첩측정장치(10)의 시야영역(50㎛ 정도)내에 포함되는 부분영역의 요철상태를 나타낸 것이 화상신호의 휘도분포가 된다. 그러나, 실제로 얻어지는 화상신호의 휘도분포에는 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈가 중첩된다.Here, the luminance distribution of the image signal output from the CCD image pickup device 24 to the image processing device 25 will be described. Ideally, the luminance distribution of the image signal represents the uneven state of the partial region included in the field of view (about 50 µm) of the overlap measuring apparatus 10 among the entire regions of the product wafer 11 (or mirror surface wafer). However, the fixed pattern noise of the superimposition measuring device 10 is superimposed on the luminance distribution of the image signal actually obtained.
중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈의 주된 원인으로서는 이하의 것을 생각할 수 있다.As a main cause of the fixed pattern noise of the superposition measuring apparatus 10, the following can be considered.
ㆍ조명광학계(13∼18)로부터의 조명광(L1)에 의한 조도 불균일ㆍ Unevenness of illumination by illumination light L1 from illumination optical system 13-18
ㆍ결상광학계(19∼23)의 수차 불균일 또는 투과율 불균일ㆍ Aberration nonuniformity or transmittance nonuniformity of the imaging optical system (19-23)
ㆍ광로상(특히 이미지면 근방)에 형성된 각 광학부품의 표면의 결함이나 반사율 불균일, 투과율 불균일ㆍ Defects, reflectance unevenness, and transmittance unevenness of the surface of each optical part formed on the optical path (especially near the image plane)
ㆍCCD 촬상소자(24)의 각 화소마다의 감도 불균일ㆍ Difference in sensitivity for each pixel of CCD imaging element 24
즉, 이들 다양한 불균일(시야영역내에서의 불균일성)이 복합되어 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈가 되고 있다.That is, these various nonuniformities (nonuniformity in the visual field area) are combined to become the fixed pattern noise of the overlapping measuring apparatus 10.
그리고, 이와 같은 고정패턴 노이즈가 중첩되어 있는 화상신호의 휘도분포는 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 시야영역내에 포함되는 부분영역의 상태를 정확하게 나타낸 것은 아니다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는 CCD 촬상소자(24)로부터 화상처리장치(25)에 출력되는 화상신호에 대해 고정패턴 노이즈에 의한 보정을 행한다.The luminance distribution of the image signal in which such fixed pattern noise is superimposed does not accurately represent the state of the partial region included in the viewing region of the product wafer 11 (or mirror wafer). For this reason, in this embodiment, correction | amendment by fixed pattern noise is performed with respect to the image signal output from the CCD image pick-up element 24 to the image processing apparatus 25. FIG.
즉, 화상처리장치(25)는, 상세한 설명은 후술하는 바와 같이, 검사 스테이지(12)상에 제품 웨이퍼(11)가 탑재되어 있을 때, CCD 촬상소자(24)로부터 얻어지는 화상신호를 취득하고, 이 화상신호에 대해 고정패턴 노이즈에 의한 보정을 행하고, 보정후의 화상신호에서의 휘도분포에 기초하여 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사(하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩상태의 검사)를 행한다.That is, the image processing apparatus 25 acquires the image signal obtained from the CCD imaging element 24 when the product wafer 11 is mounted on the inspection stage 12, as will be described in detail later. The image signal is corrected by the fixed pattern noise, and the superimposition inspection of the product wafer 11 (inspection of the resist pattern with respect to the underlying pattern) is performed based on the luminance distribution in the corrected image signal.
또한, 화상처리장치(25)는, 상세한 설명은 후술하는 바와 같이, 검사 스테이지(12)상에 경면 웨이퍼가 탑재되어 있을 때, CCD 촬상소자(24)로부터 얻어지는 화상신호의 휘도분포에 기초하여 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈를 측정한다. 그리고, 측정결과인 고정패턴 노이즈를 장치 정수로서 기억장치(26)에 기억시킨다.The image processing apparatus 25 is superimposed on the basis of the luminance distribution of the image signal obtained from the CCD image pickup device 24 when the mirror wafer is mounted on the inspection stage 12, as will be described later in detail. The fixed pattern noise of the measuring apparatus 10 is measured. The fixed pattern noise as a result of the measurement is stored in the storage device 26 as a device constant.
다음으로, 중첩측정장치(10)의 초점검출장치(41∼48)에 대하여 간단하게 설명한다. 초점검출장치(41∼48)는 검사 스테이지(12)상의 제품 웨이퍼(11; 또는경면 웨이퍼)가 CCD 촬상소자(24)의 촬상면에 대해 초점맞춤(合焦)상태에 있는지를 검출하는 것이다.Next, the focus detection apparatuses 41-48 of the superposition measuring apparatus 10 are demonstrated briefly. The focus detection devices 41 to 48 detect whether the product wafer 11 (or mirror surface wafer) on the inspection stage 12 is in focus with respect to the imaging surface of the CCD imaging element 24.
초점검출장치(41∼48)는 광축(O3)을 따라 순서대로 배치된 빔 스플리터(41)와 AF 제 1 릴레이렌즈(42)와 평행평면판(43)과 동공분할미러(44)와 AF 제 2 릴레이렌즈(45)와 실린드리컬렌즈(46)와 AF 센서(47)와 신호처리부(48)로 구성되어 있다.The focus detecting devices 41 to 48 are arranged in order along the optical axis O3, the beam splitter 41, the AF first relay lens 42, the parallel plane plate 43, the pupil dividing mirror 44, and the AF agent. It consists of two relay lenses 45, a cylindrical lens 46, an AF sensor 47, and a signal processor 48.
빔 스플리터(41)는 반사투과면이 광축(O3)에 대해 거의 45°기울어져 결상광학계(19∼23)의 광축(O2)상에도 배치되어 있다. 광축(O3)은 광축(O2)에 수직이다. AF 센서(47)는 라인센서이며, 그 촬상면(47a)에는 복수의 화소가 1차원으로 배열되어 있다. 실린드리컬렌즈(46)는 AF 센서(47)의 촬상면(47a)에서의 화소의 배열방향(도면 중 A 방향)에 대해 수직인 방향의 굴절력을 갖는다.The beam splitter 41 is disposed on the optical axis O2 of the imaging optical systems 19 to 23 with its reflection transmission surface tilted approximately 45 degrees with respect to the optical axis O3. The optical axis O3 is perpendicular to the optical axis O2. The AF sensor 47 is a line sensor, and a plurality of pixels are arranged in one dimension on the imaging surface 47a. The cylindrical lens 46 has a refractive power in a direction perpendicular to the arrangement direction (A direction in the drawing) of the pixels on the imaging surface 47a of the AF sensor 47.
빔스플리터(41)에서 반사된 광(L4; 이하 ,「AF 광」이라고 함)은 AF 제 1 릴레이렌즈(42)에 의해 콜리메이트되며, 평행평면판(43)을 투과하여 동공분할미러 (44)에 입사한다. 동공분할미러(44)상에는 조명광학계(13∼18)의 조명 개구조리개(14)의 이미지가 형성된다. 평행평면판(43)은 조명 개구조리개(14)의 이미지를 동공분할미러(44)의 중심에 위치조정하기 위한 광학소자이며, 틸트조정이 가능한 기구로 되어 있다.The light L4 (hereinafter referred to as "AF light") reflected by the beam splitter 41 is collimated by the AF first relay lens 42, and passes through the parallel plane plate 43 to allow the pupil dividing mirror 44 ). On the pupil dividing mirror 44, an image of the illumination aperture 14 of the illumination optical system 13-18 is formed. The parallel plane plate 43 is an optical element for positioning the image of the illumination aperture 14 in the center of the pupil dividing mirror 44, and is a mechanism capable of tilt adjustment.
동공분할미러(44)에 입사한 AF 광은 여기에서 2 방향의 광으로 분리된 후, AF 제 2 릴레이렌즈(45)와 실린드리컬렌즈(46)를 통해 AF 센서(47)의 촬상면(47a) 근방에 집광된다. 이 때, 촬상면(47a)에는 화소의 배열방향(도면 중 A 방향)을따라 떨어진 위치에 2개의 광원이미지가 형성된다.AF light incident on the pupil dividing mirror 44 is separated into light in two directions from here, and then the imaging surface 47a of the AF sensor 47 through the AF second relay lens 45 and the cylindrical lens 46. ) Is condensed around. At this time, two light source images are formed on the imaging surface 47a at positions apart along the arrangement direction of the pixels (A direction in the figure).
그리고, AF 센서(47)는 촬상면(47a)에 형성된 2개의 광원이미지의 결상중심(P1, P2; 도 3(a)∼(c))에 관한 정보를 검출신호로서 신호처리부(48)에 출력한다. 도 3(a), (b), (c)는 각각 검사 스테이지(12)상의 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)의 CCD 촬상소자(24)에 대한 전(前)핀상태, 초점맞춤상태, 후(後)핀상태를 나타내고 있다.Then, the AF sensor 47 outputs the information regarding the imaging centers P1 and P2 of the two light source images formed on the imaging surface 47a to the signal processing unit 48 as a detection signal. do. 3 (a), 3 (b), and 3 (c) show the front pin state, focus state, and the like of the CCD image pickup device 24 of the product wafer 11 (or mirror wafer) on the inspection stage 12, respectively. The post pin state is shown.
도 3(a)∼(c)에서 알 수 있는 바와 같이, 2개의 광원이미지의 결상중심(P1, P2)은 전핀상태(초점맞춤상태보다 하측)일수록 서로 접근하고, 후핀상태(초점맞춤위치보다 상측)일수록 서로 떨어진다. 즉, 검사 스테이지(12)를 Z 방향으로 상하이동시킴으로써, 촬상면(47a)의 화소의 배열방향(도면 중 A 방향)을 따라 가까워지거나 멀어진다.As can be seen from FIGS. 3 (a) to 3 (c), the imaging centers P1 and P2 of the two light source images are closer to each other in the front pin state (below the focus alignment state) and closer to the rear pin state (focus focus position). Up)) That is, by moving the inspection stage 12 in the Z direction, the inspection stage 12 moves closer or further along the arrangement direction (the A direction in the drawing) of the pixels on the imaging surface 47a.
신호처리부(48)는 AF 센서(47)로부터의 검출신호에 기초하여 2개의 광원이미지의 결상중심(P1, P2)간의 거리를 산출한다. 이 신호처리부(48)에는 초점맞춤상태에서의 결상중심(P1, P2)간의 거리가 미리 기억되어 있다. 이 때문에, 신호처리부(48)는 산출한 결상중심(P1, P2)간의 거리를 초점맞춤상태에서의 거리와 비교하고, 양자의 차이를 계산하여 얻어지는 초점위치신호를 스테이지 제어장치(49)에 출력한다.The signal processor 48 calculates the distance between the imaging centers P1 and P2 of the two light source images based on the detection signal from the AF sensor 47. In this signal processing section 48, the distance between the imaging centers P1 and P2 in the focused state is stored in advance. For this reason, the signal processing unit 48 compares the calculated distance between the imaging centers P1 and P2 with the distance in focusing state, and outputs the focus position signal obtained by calculating the difference between them to the stage controller 49. do.
구성설명의 마지막으로, 스테이지 제어장치(49)에 대하여 설명한다.Finally, the stage control device 49 will be described.
스테이지 제어장치(49)는 초점검출장치(41∼48)로부터의 초점위치신호에 기초하여 검사 스테이지(12)의 Z 구동부를 제어하고, 홀더와 함께 제품 웨이퍼(11;또는 경면 웨이퍼)를 Z 방향으로 상하이동시킨다(자동초점맞춤). 그 결과, 제품 웨이퍼(11; 또는 경면 웨이퍼)를 CCD 촬상소자(24)에 대해 초점맞춤시킬 수 있다.The stage controller 49 controls the Z driver of the inspection stage 12 based on the focus position signals from the focus detection devices 41 to 48, and moves the product wafer 11 (or mirror surface wafer) along with the holder in the Z direction. To Shanghai (auto focus). As a result, the product wafer 11 (or mirror surface wafer) can be focused on the CCD image pickup device 24.
또, 스테이지 제어장치(49)는 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사(하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩상태 검사)시, 검사 스테이지(12)의 XY 구동부를 제어하여 홀더(제품 웨이퍼(11))를 XY 방향으로 이동시키고, 제품 웨이퍼(11)상의 중첩 마크(30; 도 2)를 중첩측정장치(10)의 시야영역내에 위치결정한다.Moreover, the stage control apparatus 49 controls the XY drive part of the test | inspection stage 12 at the time of the superposition test | inspection of the product wafer 11 (the superimposition state of the resist pattern with respect to a lower pattern), and is a holder (product wafer 11). Is moved in the XY direction, and the superimposition mark 30 (FIG. 2) on the product wafer 11 is positioned in the field of view area of the superimposition measuring apparatus 10. As shown in FIG.
또한, 스테이지 제어장치(49)는 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈의 측정시, 상기와 마찬가지로 검사 스테이지(12)의 XY 구동부를 제어하여 홀더(경면 웨이퍼)를 XY 방향으로 이동시키고, 경면 웨이퍼의 임의의 부분영역을 중첩측정장치(10)의 시야영역내에 위치결정한다.In addition, the stage controller 49 controls the XY drive unit of the inspection stage 12 to move the holder (mirror wafer) in the XY direction in the same manner as described above when measuring the fixed pattern noise of the overlap measuring apparatus 10. Any partial region of the wafer is positioned within the field of view of the overlap measuring apparatus 10.
다음으로, 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈의 측정과, 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사에 대하여 순서대로 설명한다.Next, the measurement of the fixed pattern noise of the superposition measuring apparatus 10 and the superposition inspection of the product wafer 11 are demonstrated in order.
고정패턴 노이즈의 측정은 중첩측정장치(10)의 검사 스테이지(12)상에 경면 웨이퍼를 탑재시킨 상태에서 행한다. 이 때, 스테이지 제어장치(49)가 검사 스테이지(12)의 XY 구동부를 상기와 같이 제어하면, 중첩측정장치(10)의 시야영역 전역에 경면 웨이퍼의 부분영역이 포함된다.The measurement of the fixed pattern noise is performed in a state where a mirror wafer is mounted on the inspection stage 12 of the overlapping measuring device 10. At this time, when the stage controller 49 controls the XY drive of the inspection stage 12 as described above, a partial region of the mirror wafer is included in the entire field of view of the overlapping measuring apparatus 10.
그리고, 이 상태에서 화상처리장치(25)는 CCD 촬상소자(24)로부터 얻어지는 화상신호를 취득하고, 화상신호의 휘도분포에 기초하여 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈를 측정한다. 경면 웨이퍼를 사용하여 취득된 화상신호의 휘도분포는, 예컨대 도 4에 나타낸 바와 같이 된다.In this state, the image processing device 25 acquires the image signal obtained from the CCD image pickup device 24 and measures the fixed pattern noise of the superimposition measuring device 10 based on the luminance distribution of the image signal. The luminance distribution of the image signal acquired using the mirrored wafer is, for example, as shown in FIG.
화상신호의 휘도분포란, CCD 촬상소자(24)의 촬상면에서의 각 화소마다의 휘도값에 관한 이산적인 분포이지만, 도 4에서는 편의상 연속적인 곡선으로 도시하였다. 또, 실제로는 XY 방향의 2차원 화상정보로서 얻어지지만, 설명을 간략화하기 위해 X 방향의 1차원 화상정보만을 도 4에 나타냈다. 도 4의 횡축은 각각의 화소의 위치 Xi 를 나타내고, 종축은 휘도값 N(Xi) 를 나타내고 있다.The luminance distribution of the image signal is a discrete distribution relating to the luminance value for each pixel on the imaging surface of the CCD image pickup device 24, but is shown as a continuous curve in FIG. 4 for convenience. Incidentally, although actually obtained as two-dimensional image information in the XY direction, only one-dimensional image information in the X direction is shown in FIG. 4 to simplify the description. 4 represents the position Xi of each pixel, and the vertical axis represents the luminance value N (Xi).
이미 설명한 바와 같이, 경면 웨이퍼는 표면에 요철구조를 가지지 않고, 균일한 반사율을 가지므로, 이상적으로는 화소의 위치 Xi 에 관계없이 일정한 휘도값 N(Xi) 를 나타내는 휘도분포가 얻어진다. 그러나, 실제로 얻어지는 화상신호의 휘도분포는 도 4에 예시한 바와 같이, 화소의 위치 Xi 에 따라 휘도값 N(Xi) 가 변동하고 있다. 이것은 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈가 중첩되어 있기 때문이다.As described above, the mirror wafer has no uneven structure on the surface and has a uniform reflectance, so ideally, a luminance distribution showing a constant luminance value N (Xi) is obtained regardless of the position Xi of the pixel. However, in the luminance distribution of the image signal actually obtained, as shown in Fig. 4, the luminance value N (Xi) varies depending on the position Xi of the pixel. This is because the fixed pattern noise of the overlapping measuring device 10 is overlapped.
따라서, 경면 웨이퍼를 사용하여 화상처리장치(25)에 취득된 화상신호의 휘도분포(예컨대 도 4)의 변동성분 그 자체가 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈를 나타내고 있다고 생각할 수 있다. 그리고, 화상처리장치(25)는 측정결과인 고정패턴 노이즈를 장치 정수로서 기억장치(26)에 기억시킨다.Therefore, it can be considered that the variation component itself of the luminance distribution (for example, FIG. 4) of the image signal acquired by the image processing apparatus 25 using the mirror surface wafer exhibits the fixed pattern noise of the overlapping measuring apparatus 10. The image processing device 25 then stores the fixed pattern noise as the measurement result in the storage device 26 as the device constant.
또한, 화상처리장치(25)는 다음에 설명하는 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사시, 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈를 사용한 보정을 행하기 위해, 다음 식 (1)에 기초하여 보정휘도데이터 A(Xi) 를 산출한다.In addition, the image processing apparatus 25 corrects based on the following equation (1) in order to perform correction using the fixed pattern noise of the overlapping measuring device 10 during the superimposition inspection of the product wafer 11 described below. The luminance data A (Xi) is calculated.
A(Xi) = Nave-N(Xi)…(1)A (Xi) = Nave-N (Xi)... (One)
이 보정휘도데이터 A(Xi) 는 전체화소의 휘도값 N(Xi) 로부터 구한 평균휘도값 Nave 과, 각 화소의 휘도값 N(Xi) 의 차이에 상당한다. 이 차이는 화소의 휘도계조가 예컨대 256 계조인 경우, 1∼2 계조 정도이다. 그리고, 화상처리장치(25)는 산출한 보정휘도데이터 A(Xi) 도 장치 정수로서 기억장치(26)에 기억시킨다.The correction luminance data A (Xi) corresponds to the difference between the average luminance value Nave obtained from the luminance value N (Xi) of all pixels and the luminance value N (Xi) of each pixel. This difference is about 1 to 2 gradations when the luminance gradation of the pixel is 256 gradations, for example. The image processing apparatus 25 also stores the calculated corrected luminance data A (Xi) in the storage device 26 as a device constant.
그리고, 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사는 기억장치(26)내의 보정휘도데이터 A(Xi) 를 사용하여 다음과 같이 행해진다.The superimposition inspection of the product wafer 11 is performed as follows using the corrected luminance data A (Xi) in the storage device 26.
이 중첩검사시, 검사 스테이지(12)상에는 제품 웨이퍼(11)가 탑재되며, 중첩측정장치(10)의 시야영역내에 제품 웨이퍼(11)상의 중첩 마크(30; 도 2)가 위치결정된다.In this superimposition inspection, the product wafer 11 is mounted on the inspection stage 12, and the superimposition mark 30 (FIG. 2) on the product wafer 11 is positioned in the field of view of the superimposition measuring device 10.
이 때, 시야영역내의 임의의 지점에 위치결정된 중첩 마크(30)가 조명광(L1)에 의해 조명되고, CCD 촬상소자(24)의 촬상면상에는 중첩 마크(30)의 이미지가 형성된다. 그리고, 이 상태에서 화상처리장치(25)는 CCD 촬상소자(24)로부터 얻어지는 화상신호를 취득한다.At this time, the overlap mark 30 positioned at an arbitrary point in the viewing area is illuminated by the illumination light L1, and an image of the overlap mark 30 is formed on the imaging surface of the CCD image pickup device 24. In this state, the image processing apparatus 25 acquires an image signal obtained from the CCD image pickup device 24.
이 경우, 화상신호의 휘도분포는 중첩 마크(30)의 구조에 따른 휘도분포에 대해 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈(예컨대 도 4의 변동성분)가 중첩된 분포로 되어 있다. 즉, 중첩 마크(30)의 구조를 정확하게 나타낸 것은 아니다. 그리고, 중첩측정장치(10)의 시야영역내에서의 중첩 마크(30)의 위치결정지점이 이동하면, 휘도분포의 형상 그 자체가 고정패턴 노이즈의 영향으로 변화한다.In this case, the luminance distribution of the image signal is a distribution in which the fixed pattern noise (for example, the variation component of FIG. 4) of the superimposition measuring device 10 is superimposed with respect to the luminance distribution according to the structure of the superimposition mark 30. That is, the structure of the overlap mark 30 is not shown correctly. When the positioning point of the superimposition mark 30 in the field of view of the superimposition measuring device 10 moves, the shape of the luminance distribution itself changes under the influence of the fixed pattern noise.
따라서, 화상처리장치(25)는 중첩 마크(30)의 이미지에 관한 화상신호를 CCD촬상소자(24)로부터 취득하고, 이 화상신호에 대해 고정패턴 노이즈의 보정을 행한다. 구체적으로는 기억장치(26)내의 보정휘도데이터 A(Xi) 와, 중첩 마크(30)의 이미지에 관한 화상신호의 휘도값을 화소단위로 1개씩 가산해 간다.Therefore, the image processing apparatus 25 obtains an image signal relating to the image of the superimposed mark 30 from the CCD image pickup device 24, and corrects fixed pattern noise for this image signal. Specifically, the luminance information of the corrected luminance data A (Xi) in the storage device 26 and the image signal relating to the image of the superimposed mark 30 is added one by one in units of pixels.
그 결과, 화상처리장치(25)에서는 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈 성분이 제거되고, 중첩 마크(30; 도 2)의 구조만을 정확하게 반영한 휘도분포의 화상신호를 생성할 수 있다.As a result, in the image processing apparatus 25, the fixed pattern noise component of the superimposition measuring device 10 is removed, and an image signal of luminance distribution accurately reflecting only the structure of the superimposition mark 30 (FIG. 2) can be generated.
그 후, 화상처리장치(25)는 보정후의 화상신호에서의 휘도분포의 에지정보를 추출한다. 휘도분포의 에지정보란, 중첩 마크(30)의 구조에 대응하여 화상신호에 나타난 명암정보이고, 휘도분포 중에서 휘도값이 급격하게 변화하는 개소이다. 에지정보에는 중첩 마크(30)의 구조에 따라 복수의 에지가 포함된다. 에지정보의 추출시에는 이산적인 휘도분포가 스플라인 보간된다.Thereafter, the image processing apparatus 25 extracts edge information of the luminance distribution in the corrected image signal. The edge information of the luminance distribution is the intensity information shown in the image signal corresponding to the structure of the superimposed mark 30, and is a portion where the luminance value changes abruptly in the luminance distribution. The edge information includes a plurality of edges according to the structure of the overlap mark 30. In the extraction of the edge information, the discrete luminance distribution is spline interpolated.
또한, 화상처리장치(25)는 화상신호(보정후)의 휘도분포로부터 추출한 에지정보에 기초하여 중첩 마크(30)를 구성하는 하지 마크(31), 레지스트 마크(32; 도 2)의 중심위치(C1, C2)를 각각 산출한다. 이들 중심위치(C1, C2)의 산출시에는, 예컨대 상관연산법이 사용된다. 또, 산출된 중심위치(C1, C2)란, 중첩측정장치(10)의 시야영역에 설정된 좌표계의 원점에 대한 위치이다.In addition, the image processing apparatus 25 has a center position of the base mark 31 and the resist mark 32 (Fig. 2) constituting the overlap mark 30 based on the edge information extracted from the luminance distribution of the image signal (after correction). (C1, C2) are respectively calculated. In calculating these center positions C1 and C2, for example, a correlation calculation method is used. The calculated center positions C1 and C2 are positions with respect to the origin of the coordinate system set in the field of view area of the overlapping measuring device 10.
본 실시 형태에서는 중첩 마크(30)의 구조만을 정확하게 반영한 휘도분포(보정후의 화상신호)에 기초하여 에지정보를 추출하고, 이 에지정보에 기초하여 상기의 중심위치(C1, C2)를 산출하므로 다음의 효과를 발휘한다.In the present embodiment, the edge information is extracted based on the luminance distribution (image signal after correction) reflecting only the structure of the superimposed mark 30 accurately, and the center positions C1 and C2 are calculated based on the edge information. To exert its effect.
즉, 중첩측정장치(10)의 시야영역내에서의 하지 마크(31), 레지스트마크(32)의 위치결정지점에 관계없이 중심위치(C1, C2)를 재현성 좋게 검출할 수 있다. 이것은 시야영역내에서의 하지 마크(31), 레지스트 마크(32)의 위치결정지점이 이동해도, 위치검출결과가 변동하지 않는 것을 의미한다.That is, the center positions C1 and C2 can be detected with good reproducibility irrespective of the positioning marks of the base marks 31 and the resist marks 32 in the field of view of the overlapping measuring apparatus 10. This means that the position detection result does not change even if the positioning marks of the base mark 31 and the resist mark 32 move in the field of view.
또, 본 실시 형태의 중첩측정장치(10)에서는 화상처리장치(25)에서 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사(하지 패턴에 대한 레지스트 패턴의 중첩상태의 검사)가 행해진다. 즉, 화상처리장치(25)는 하지 마크(31), 레지스트 마크(32)의 중심위치(C1, C2)의 차이(어긋남량)에 기초하여 중첩측정값(R; 도 2)을 산출한다. 중첩측정값(R)은 제품 웨이퍼(11) 표면의 2차원 벡터로서 나타난다.In addition, in the superimposition measuring apparatus 10 of this embodiment, the superimposition inspection (inspection of the superposition state of the resist pattern with respect to a lower pattern) is performed by the image processing apparatus 25. FIG. That is, the image processing apparatus 25 calculates the superimposed measurement value R (FIG. 2) based on the difference (deviation amount) between the center marks C1 and C2 of the base mark 31 and the resist mark 32. The overlap measurement R is represented as a two-dimensional vector on the surface of the product wafer 11.
이와 같이 하여 산출된 중첩측정값(R)도 상기의 중심위치(C1, C2)와 마찬가지로 중첩측정장치(10)의 시야영역내에서의 하지 마크(31), 레지스트 마크(32)의 위치결정지점에 관계없이 동일한 값을 나타내게 된다. 즉, 본 실시 형태에 의하면, 제품 웨이퍼(11)의 중첩측정값(R)도 고정패턴 노이즈의 영향을 받지 않고 재현성 좋게 검출할 수 있다. 따라서, 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사에 대한 신뢰성이 향상된다.The superimposed measurement value R thus calculated is also the positioning point of the bottom mark 31 and the resist mark 32 in the field of view of the superimposition measuring device 10 similarly to the center positions C1 and C2. Regardless, they will represent the same value. That is, according to this embodiment, the superimposition measurement value R of the product wafer 11 can also be detected with good reproducibility, without being influenced by the fixed pattern noise. Therefore, the reliability of the overlap inspection of the product wafer 11 is improved.
최근, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 처리 등의 도입에 의해 하지 마크(31)의 저단차화가 진행되어 화상처리장치(25)에 취득되는 화상신호의 휘도분포의 콘트라스트가 저하되는 경향이 있는데, 본 실시 형태에 의하면, 이와 같은 마크의 저단차화에도 충분히 대응할 수 있다.In recent years, the introduction of CMP (Chemical Mechanical Polishing) processing or the like lowers the level of the lower mark 31, so that the contrast of the luminance distribution of the image signal acquired by the image processing apparatus 25 tends to be lowered. According to the form, it is possible to sufficiently cope with such a low step of the mark.
즉, 저단차 마크를 검출대상으로 하는 경우라도, 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈의 영향을 받지 않고 그 중심위치(C1, C2)나 중첩측정값(R)을 재현성 좋게 검출할 수 있다.That is, even when the low step mark is a detection target, the center positions C1 and C2 and the superimposed measurement value R can be detected with good reproducibility without being affected by the fixed pattern noise of the superimposition measuring device 10. .
또, 상기한 실시 형태에서는 식 (1)의 보정휘도데이터 A(Xi) 를 사용하여 고정패턴 노이즈를 보정하고, 하지 마크(31), 레지스트 마크(32)의 중심위치(C1, C2)나 중첩측정값 R 을 검출했는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 다음 식 (2)에 기초하여 산출한 보정휘도데이터 B(Xi) 를 사용할 수도 있다.In the above-described embodiment, the fixed pattern noise is corrected using the corrected luminance data A (Xi) of the formula (1), and the center positions C1 and C2 of the base mark 31 and the resist mark 32 are superimposed. Although the measured value R was detected, this invention is not limited to this. For example, the corrected luminance data B (Xi) calculated based on the following equation (2) may be used.
B(Xi) = Nave/N(Xi)…(2)B (Xi) = Nave / N (Xi)... (2)
이 보정휘도데이터 B(Xi) 는 전체화소의 휘도값 N(Xi) 으로부터 구한 평균휘도값 Nave 와, 각 화소의 휘도값 N(Xi) 의 비에 상당한다. 그리고, 이 보정휘도데이터 B(Xi) 도 장치 정수로서 기억장치(26)에 기억되어 제품 웨이퍼(11)의 중첩검사시에 참조된다.The corrected luminance data B (Xi) corresponds to the ratio of the average luminance value Nave obtained from the luminance value N (Xi) of all the pixels and the luminance value N (Xi) of each pixel. This correction luminance data B (Xi) is also stored in the storage device 26 as a device constant and referred to during the superimposition inspection of the product wafer 11.
보정휘도데이터 B(Xi) 에 의한 고정패턴 노이즈의 보정은 중첩 마크(30)의 이미지에 관한 화상신호의 휘도값에 대해 기억장치(26)내의 보정휘도데이터 B(Xi) 를 화소단위로 1개씩 승산해 가는 처리가 된다. 이 경우에도, 상기의 보정휘도데이터 A(Xi) 를 사용한 경우와 마찬가지로, 하지 마크(31), 레지스트 마크(32)의 중심위치(C1, C2)나 중첩측정값 R 을 재현성 좋게 검출할 수 있다.Correction of the fixed pattern noise by the corrected luminance data B (Xi) is performed by adjusting the corrected luminance data B (Xi) in the storage device 26 pixel by pixel with respect to the luminance value of the image signal with respect to the image of the superimposed mark 30. It becomes the process of multiplication. Also in this case, similarly to the case where the correction luminance data A (Xi) is used, the center marks C1 and C2 of the lower marks 31, the resist marks 32 and the superimposed measurement value R can be detected with good reproducibility. .
또, 보정휘도데이터 A(Xi) 나 보정휘도데이터 B(Xi) 를 조합하거나, 미리 복수 종류의 보정휘도데이터를 준비하고, 제품 웨이퍼(11)를 사용하여 취득한 화상신호의 평균휘도값에 따라 보정휘도데이터를 구별해서 사용해도 된다.Further, the correction luminance data A (Xi) and the correction luminance data B (Xi) are combined, or a plurality of types of correction luminance data are prepared in advance, and corrected according to the average luminance value of the image signal acquired using the product wafer 11. The luminance data may be distinguished and used.
또한, 중첩측정장치(10)의 고정패턴 노이즈의 보정방법은 상기한 2개의 예에 한정되지 않는다. 경면 웨이퍼를 사용하여 화상처리장치(25)에 취득된 화상신호의 휘도분포 N(Xi) 그 자체를 사용하고, 화소단위로 1개씩 휘도값의 고정패턴 노이즈를 보정해도 된다.In addition, the correction method of the fixed pattern noise of the superposition measuring apparatus 10 is not limited to the above two examples. By using the mirror wafer, the luminance distribution N (Xi) itself of the image signal acquired by the image processing apparatus 25 may be used to correct the fixed pattern noise of the luminance value one by one in pixel units.
또, 상기한 실시 형태에서는 제품 웨이퍼(11)를 사용했을 때의 화상신호에 대해 고정패턴 노이즈의 보정을 행하고, 보정후의 화상신호로부터 에지정보를 추출했지만, 본 발명은 이 순서에 한정되지 않는다. 고정패턴 노이즈의 보정은 다른 임의의 타이밍으로 행해도 된다. 제품 웨이퍼(11)를 사용했을 때의 화상신호와 고정패턴 노이즈에 기초하여 상기의 중심위치(C1, C2)나 중첩측정값 R 을 검출함으로써, 동일한 재현성 향상을 도모할 수 있다.In the above embodiment, the fixed pattern noise is corrected for the image signal when the product wafer 11 is used, and the edge information is extracted from the corrected image signal. However, the present invention is not limited to this order. Correction of the fixed pattern noise may be performed at other arbitrary timings. The same reproducibility can be improved by detecting the center positions C1 and C2 and the superimposed measurement value R based on the image signal and the fixed pattern noise when the product wafer 11 is used.
또한, 상기한 실시 형태에서는 중첩측정장치(10)내의 화상처리장치(25)에 의해 고정패턴 노이즈의 보정이나 중첩측정값 R 의 검출 등을 행했지만, 중첩측정장치(10)에 접속된 외부의 컴퓨터를 사용한 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.In the above-described embodiment, although the fixed pattern noise is corrected and the superimposed measurement value R is detected by the image processing apparatus 25 in the superimposition measuring device 10, the external device connected to the superimposition measuring device 10 is used. The same effect can be obtained when using a computer.
또, 상기한 실시형태에서는 중첩측정장치(10)를 예로 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 마스크에 형성된 회로패턴을 레지스트막에 전사하는 노광공정전에 마스크와 제품 웨이퍼(11)의 얼라인먼트를 행하는 장치(노광장치의 얼라인먼트계)에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, 제품 웨이퍼(11)상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 재현성 좋게 검출할 수 있다. 또, 단일의 피검마크와 카메라의 기준위치의 광학적 위치어긋남을 검출하는 장치에도 본 발명은 적용될 수 있다.In addition, although the superposition measuring apparatus 10 was demonstrated to the example in the above-mentioned embodiment, this invention is not limited to this. For example, it is also applicable to the apparatus (alignment system of exposure apparatus) which performs alignment of the mask and the product wafer 11 before the exposure process which transfers the circuit pattern formed in the mask to a resist film. In this case, the position of the alignment mark formed on the product wafer 11 can be detected with good reproducibility. Further, the present invention can also be applied to an apparatus for detecting optical displacement between a single test mark and a reference position of a camera.
또한, 상기한 실시 형태에서는 경면 웨이퍼를 사용하여 장치의 고정패턴 노이즈를 측정했지만, 경면 웨이퍼 대신에 반사경을 사용할 수도 있다. 또, 표면의 반사율 분포가 균일하지 않아도, 반사특성이 이미 알려져 있으면, 동일한 고정패턴 노이즈를 측정할 수 있다. 또한, 경면 웨이퍼나 반사경 등의 표면에 먼지나 오염이 부착한 경우에는 먼지나 오염의 부착이 없는 부분의 영역을 육안 등으로 찾아 그 장소에서 고정패턴 노이즈 측정용 화상신호를 취득하는 것이 바람직하다.In addition, although the fixed pattern noise of the apparatus was measured using the mirror surface wafer in the above embodiment, a reflecting mirror may be used instead of the mirror surface wafer. Moreover, even if the reflectance distribution of a surface is not uniform, if the reflection characteristic is already known, the same fixed pattern noise can be measured. In addition, when dust or dirt adheres to the surface of a mirror wafer, a reflector, etc., it is preferable to visually find the area | region where the dust or dirt does not adhere, and acquire the image signal for fixed pattern noise measurement in the place.
이상의 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 장치의 시야영역내에서의 피검마크의 위치결정지점에 관계없이, 기판상의 원점에 대한 피검마크의 위치나 중첩측정값을 재현성 좋게 검출할 수 있기 때문에, 반도체 제조공정에서의 중첩검사나 얼라인먼트를 고정밀도로 행할 수 있어, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, since the position and the superimposed measurement value of the test mark with respect to the origin on the substrate can be detected with good reproducibility regardless of the positioning point of the test mark in the field of view of the apparatus, Overlapping inspection and alignment in a manufacturing process can be performed with high precision, and the yield of a product can be improved.
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